工程机械液压节能技术的现状及发展趋势

刁玉峰 杜俊 杨德军

摘 要：作为一种能量转化以及控制方式，液压系统有以下几方面优点：第一是功率密度较大，第二是调节范围较广，第三是控制性较好；然而也存在着一些不足，例如能量损耗较为严重。随着时代的变化与发展，环保节能受到重视，本文主要围绕工程机械液压节能技术，就其发展现状以及发展趋势进行简要的分析与研究。

关键词：工程机械；液压；节能技术；发展趋势

0 前言

液压传动系统有许多优点，所以在以下几个领域得到了广泛的运用：一是冶金机械领域，再是工程机械领域，还有一个是军事工业领域。在具有许多优点的同时，该系统也存在着许多不足，例如工作效率较低造成了能源被浪费，故此该系统的节能问题也日益被重视。

1 技术现状

1.1 变量泵控制节能技术

当工程机械的施工空间受到一定限制时，可采取以下几种方法来达到减少能源消耗的目的：第一种是调节变量泵的排量，第二种是控制压力感应，第三种是调节发动机功率。采取这些节能方式的优点有以下几点：一是操作较为方便，二是时效性较强，三是节能效率较高。所以，这些方法在工程机械中得到非常广泛的应用。变量泵主要分为以下几种类型：第一种是排量控制，第二种是LS负载敏感控制，第三种是LUDV控制。

1.1.1 排量控制

排量控制主要对变量泵的排量进行直接改变，使控制压力能够达到理想的排量值，排量控制主要包括以下兩种[1]：负流量控制和正流量控制。

负流量控制系统最初被用在挖掘机上，该系统能够消除旁路节流损失，与传统的恒功率变量控制相比有较大的改变。它克服了泵在工作时的几种极端状态，第一种是最大流量的极端状态，第二种是最大功率的极端状态，第三种是最大压力的极端状态，取得了较好的节能效果。该系统的主控制阀的中位流量输出端口为输入信号采集点，这是负流量控制系统中的旁通回路，当主控制阀有所动作时，就会使节流口流量逐渐增加，此时节流口前的压力有所上升，活塞将阀芯推到左边，系统工作口改变成右端，这就使得活塞向左侧移动，泵的输出量就会变少。与之相反，如果节流口的流量压力逐渐减小时，泵的排量就会逐渐增加。

正流量控制系统是以负流量控制技术为基础而发展的。这种系统的特点是对手柄进行操作，对转向阀以及泵的排量进行相应的控制，这种技术的应用代表有以下两种：一种是RexrothA8V系列主泵，另一种是M8开中心系列主阀。该系统在调节泵的压力信号时由先导阀发出，但是泵和主控阀的动作保持高度一致，这就决定了与负流量控制相比该控制系统更为优越。此外，在负流量系统中，节流口信号压力值有一定的范围，通常为5～6MPa，这种压力仅用在产生负流量控制信号上，但正流量控制系统没有这个装置，其回油压力仅为背压。因此，与负流量控制相比正流量控制要更为节能。

1.1.2 LS负荷敏感控制

该控制能够将以下几种需求调节为一致：第一种是输出压力，第二种是流量需求，第三种是负载需求，使得液压系统的工作效率有所提升。然而这种控制方式也有不足之处：当液压阀的开口处于较大情况时或供油量未能达到理想要求时，就会使元件的运动速度受到重大影响，进而影响到液压系统的稳定性。因此，当液压系统的流量较大时，不能采取这种控制方式来进行液压节能。

1.1.3 LUDV控制

该系统能够在一定程度上对LS负荷敏感控制中的不足进行弥补。LUDV控制是单泵单回路系统，该系统在节流阀后面相应设置了压力补偿阀。在LUDV控制系统中，其梭阀的极限压力主要由负载压力的信号决定。因此，该系统一般用于负载变化不大的机械中，例如小型挖掘机。

1.2 电液比例阀控制节能技术

运用该技术能够在一定程度上简化液压信号的传递管道，进而使得传递液压数据能够应用电信号，极大地缩短了响应时间，使工程机械更利于操作[2]。我国的计算机技术发展突飞猛进，如果能够将计算机与液压系统紧密结合起来实现电液控制智能化，能够完成对以下几方面参数的监控：第一是液压油压的监控，第二是柴油机转速，通过具体的数据来实现动力的相应调整，使液压系统处于节能状态，防止出现能量浪费的现象。

1.3 多路阀组合节能技术

在工程机械液压系统中，多路阀是其中的核心控制元件，它的研究一直广受重视。国内外众多学者对其进行了不断的分析与研究，取得了较大的成绩。

1.3.1 国外研究进展

在阀体流道的制作工艺上，德国linde公司对其进行了研究，先对金属薄板进行切割，这个过程中采用激光进行切割，接下来将切割好的薄板组合成流道，与传统铸造工艺相比，这种制作工艺的优点在于使流体的阻力有了较大程度的降低。韩国研究出了一种专门针对阀口面积的计算的软件，它可以实现主阀阀门面积的自动调节与控制，在一定程度上降低了流量的损失，使得能量的利用率有了一定程度的提升，大概提升16%。

1.3.2 国内研究进展

兰州理工大学针对以下两方面进行了相应研究：一个是机械液压减振的研究，另一个是主控制阀的研究。在新的滑阀节流槽阀口面积的计算上，研究人员提出了新的面积计算方法。阀口流量系数随着以下几方面的不同而存在一种规律性的变化[3]：第一是阀口形状、第二是阀口开度，第三是流动方向。在主控制阀上采取了以下几种方法，使得系统的振动问题得到了有效的解决：第一是阀口异步关闭，第二是多级加速，第三是导阀正开口，第四是背压制动等。

2 技术发展趋势

随着工程机械技术取得较大发展，液压技术也取得了相应的发展。从当前的趋势来看，实现产品自动化已经成为发展的主要方向，并且逐渐向超智能化方向发展。充分运用计算机技术，将其应用到自动检测系统中，对各项参数进行监控，使得自动控制发动机在节能状态下工作。对于液压挖掘机，要对其工作环境及效率进行控制，同时在以下几方面要进行控制设计，第一是自动控制方面，第二是自动障碍分析方面，为适应时代的变化与发展而进行不断的改进。

参考文献

[1] 汪世益，方勇，满忠伟.工程机械液压节能技术的现状及发展趋势[J].工程机械，2010，09：51-57+9.

[2] 王有儒.工程机械液压节能技术的现状及发展趋势[J].科技致富向导，2013，24：327.

[3] 姜晓峰.解析工程机械液压节能技术的现状及发展趋势[J].山东工业技术，2016，01：111-112.